Trzeci wymiar geologii

Młotek i szpachelka już dawno przestały być jedynymi atrybutami geologów. Dzisiaj badacze Ziemi wykorzystują, a nawet sami tworzą o wiele bardziej skomplikowane narzędzia do eksploracji podziemnego świata – programy komputerowe, które pozwalają na stworzenie przestrzennego obrazu struktur, jakie znajdują się pod powierzchnią terenu.

Geologia z natury jest nauką opartą na informacjach i danych osadzonych w przestrzeni trójwymiarowej. Modele 3D są najbardziej intuicyjnym sposobem prezentacji wiedzy i interpretacji geologicznych w sposób ciągły. Otwierają szerokie możliwości w zakresie analizy przestrzennej, dają możliwość wizualizacji geometrii i parametrów struktur złożowych oraz planowania zagospodarowania przestrzeni podziemnej. Modele 3D struktur geologicznych pozwalają zobrazować i zweryfikować koncepcje dotyczące lokalnej i regionalnej budowy geologicznej. Co więcej, w 3D możliwe jest śledzenie procesów, które doprowadziły do powstania aktualnie rejestrowanych zjawisk geologicznych. Tworzone modele w głównej mierze opierają się na danych z głębokich otworów wiertniczych uzupełnionych o dane geofizyczne. Dzięki przestrzennej wizualizacji i analizie dane przechodzą kompleksową weryfikację na wielu etapach budowy modelu. Oprogramowanie i sprzęt komputerowy, które są obecnie wykorzystywane, mogą wykonywać złożone obliczenia, co usprawnia powszechnie stosowane metody kartografii wgłębnej. Techniczna strona modelowania nie stanowi więc już bariery mającej wpływ na jakość produktu końcowego, jak to było jeszcze kilka lat temu. Rozdzielczość modeli zależy przede wszystkim od dostępnych danych źródłowych. Duże znaczenie ma również cel, któremu model ma służyć. Odbiorcy produktu mogą decydować o skali i dokładności modelu.

Państwowy Instytut Geologiczny od kilkunastu lat opracowuje modele 3D budowy geologicznej. W Instytucie powstały już  zarówno modele lokalne, jak i regionalne, proste – popularnonaukowe dla szerokiego grona odbiorców i złożone – parametryczne, dedykowane użytkownikom zaawansowanym.

1d3

Widok modelu 3D centralnej części Warszawy – prezentacja modelu w przeglądarce desktopowej Geo3D.

Model Warszawy online *

Inne, bardziej zaawansowane metody obrazowania przyjęto przy tworzeniu modelu basenu lubelskiego, będącym pierwszym z serii opracowywanych przez PIG-PIB regionalnych modeli basenów sedymentacyjnych Polski. W obrębie basenów sedymentacyjnych rozwinięte są złoża surowców istotnych dla gospodarki kraju. W przypadku basenu lubelskiego są to złoża węgla kamiennego. Rozpoznanie i wizualizacja struktur geologicznych, ich geometrii i związanych z nią parametrów otwierają możliwości dalszego rozpoznania złóż i planowania ich eksploatacji. W obrębie struktur geologicznych, stanowiących ramę dla wszelkich szczegółowych opracowań i analiz, możliwe jest uszczegóławianie konkretnych wydzieleń lub fragmentów struktur ważnych z punktu widzenia ich zagospodarowania.

2d3

Model wgłębnej budowy geologicznej 3D Basenu Lubelskiego – prezentacja modelu w przeglądarce internetowej Geo3D

Model Basenu Lubelskiego online *

Informacje, jakie niosą ze sobą modele 3D, są nie do przecenienia z punktu widzenia polityki surowcowej państwa. Modele 3D pozwalają zarządzać górotworem tak, aby unikać konfliktów społecznych, inwestycyjnych i środowiskowych i efektywnie planować zagospodarowanie zarówno przestrzeni podziemnej, jak i powierzchni terenu. Jako przykład praktycznego wykorzystania modelowania może posłużyć model fragmentu złoża cynku i ołowiu w regionie Gołuchowic. Szczegółowy model struktury geologicznej i jego parametryzacja umożliwiają szacowanie zasobów w wielu wariantach budowy geologicznej oraz wymierną ocenę niepewności uzyskanych wyników.

Specjaliści z PIG-PIB opracowali i nieustannie rozwijają przeglądarki modeli 3D. Dzięki temu każdy może mieć do nich łatwy dostęp. Powstały dwa oprogramowania tego typu. Jedno jest dostępne w standardowej przeglądarce internetowej – sprawność narzędzia zależy od przepustowości łącza internetowego użytkownika. Drugi program jest aplikacją na komputer PC, wymagającą instalacji na tym urządzeniu i pobrania specjalnie przygotowanych danych udostępnianych na nośnikach cyfrowych.

Obie wersje oprogramowania służą do intuicyjnej prezentacji i wyszukiwania modeli, przy czym przeglądarka internetowa z założenia udostępnia modele uproszczone. Takie rozwiązanie pozwala popularyzować wiedzę na temat budowy geologicznej. Narzędzia są ograniczone do niewielkiej liczby opcji, po to, żeby każdy użytkownik, zarówno geolog, jak i osoba spoza branży, mógł swobodnie przeglądać modele. Oprogramowanie dostępne w przeglądarkach internetowych umożliwia stosowanie przewyższeń, generowania map ścięcia poziomego, czyli map konkretnego poziomu pod powierzchnią terenu. Aplikacja instalowana na komputerze jest rozbudowana o moduł do tworzenia przekrojów i wirtualnych wierceń. PIG-PIB pracuje teraz nad udoskonaleniem prototypowych wersji aplikacji, które już zyskały wiele pozytywnych opinii w międzynarodowym środowisku modelujących geologów. Udoskonalone wersje oprogramowania będą udostępnione już wkrótce.

model 3 przekroj2

model 3 wiercenie1

Szczegółowy numeryczny model wgłębnej budowy geologicznej obszaru aglomeracji miejskiej na przykładzie fragmentu Warszawy – prezentacja modelu w przeglądarce desktopowej Geo3D, która oferuje możliwość generowania wirtualnych wierceń i przekrojów według dowolnie wyznaczonej linii łamanej

W przypadku pełnych wersji modelu użytkownicy muszą dysponować specjalistycznym oprogramowaniem oraz stacjami obliczeniowymi pozwalającymi przetwarzać dużą liczbę danych. Dzięki temu otwierają się szerokie możliwości analizy przestrzennej, możliwe też jest tworzenie szczegółowych kwerend, czy wykonywanie obliczeń opartych na parametrach zapisanych w modelu. Analizy mogą opierać się na wielu kryteriach. Bardzo istotną cechą modeli 3D jest to, że nie są to produkty zamknięte i w miarę dopływu nowych danych można je wielokrotnie aktualizować, uzupełniać i rozbudowywać.

Różnice pomiędzy pełnym modelem a modelem poglądowym są znaczące nie tylko ze względu na formę prezentacji, ale przede wszystkim z uwagi na możliwości jego dalszego wykorzystania.

a)

3d3

b)

4d3

Widok modelu 3D basenu lubelskiego: a) w przeglądarce internetowej – przewyższenie ×4,5  b) w specjalistycznym programie do modelowania Petrel

Modele geologiczne 3D zrealizowane przez PIG-PIB za środki z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej znajdują się w Centralnej Bazie Danych Geologicznych (CBDG) i są udostępniane na zasadach określonych na stronach internetowych PIG-PIB (http://www.pgi.gov.pl/narodowe-archiwum-geologiczne.html). Tam też są zamieszczone informacje dotyczące możliwości i sposobu dalszego wykorzystania modeli.

 

Autorzy: Jacek Chełmiński, Tomasz Gogołek, Łukasz Nowacki, Zbigniew Małolepszy, Marcin Słodkowski, Urszula Stępień, Ewa Szynkaruk, Marta Tomaszczyk, wsp. AR